Como funciona uma das máquinas mais complexas do mundo e que fabrica chips de IA

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As máquinas de litografia EUV da ASML usam luz ultravioleta extrema para transferir padrões microscópicos aos materiais que formarão um chip. O processo começa com gotas de estanho atingidas por laser e depende de espelhos, vácuo e controle preciso. A litografia é uma das etapas da fabricação, não a produção inteira do semicondutor.

Antes de um chip executar um modelo de inteligência artificial, parte de seu desenho precisa passar por uma sequência improvável: gotas de metal, pulsos de laser e espelhos capazes de lidar com uma luz que o próprio ar absorve. Essa combinação está no centro das máquinas de litografia por ultravioleta extrema, ou EUV, da holandesa ASML.

Os equipamentos estão entre os sistemas industriais mais sofisticados já desenvolvidos. Por trás da expressão “máquina mais complexa do mundo”, que não corresponde a um ranking técnico universal, existe uma tarefa concreta: transferir padrões minúsculos para as camadas que formarão os circuitos de um semicondutor.

A ASML fornece os sistemas de litografia EUV usados pela indústria. A procura por esses equipamentos ajuda a explicar a atenção em torno da fabricante, tema de reportagem da EXAME sobre a demanda por suas máquinas. Para entender sua importância, vale acompanhar o caminho da luz dentro delas.

O começo é uma gota de estanho

A fonte EUV descrita pela ASML trabalha com gotas de estanho de cerca de 25 micrômetros de diâmetro. Um primeiro pulso de laser achata a gota; um segundo, mais potente, a transforma em plasma. Esse material emite radiação ultravioleta extrema, com comprimento de onda de 13,5 nanômetros.

Segundo a companhia, a sequência pode se repetir até 50 mil vezes por segundo. O laser não esculpe diretamente o circuito no silício: ele ajuda a produzir a luz usada para transferir o desenho.

Por que a máquina precisa de espelhos e vácuo?

A luz EUV é absorvida pelo ar e por diversos materiais. Por isso, o trajeto óptico funciona em vácuo e usa espelhos especiais, em vez das lentes empregadas em outras tecnologias de litografia.

Os espelhos conduzem a radiação até uma máscara refletiva, também chamada de retículo, que contém o padrão de uma camada do circuito. O sistema óptico projeta uma versão reduzida desse padrão sobre o wafer, o disco de silício no qual os chips serão fabricados.

Veja o caminho da luz

No esquema interativo abaixo, selecione cada etapa. A ilustração é conceitual e não reproduz a disposição real, a escala ou todos os componentes de uma máquina.

Como a luz vira parte de um chip?

O wafer recebe uma camada de material sensível à luz, chamada fotorresiste. A exposição provoca alterações químicas nessa camada. O padrão resultante orienta operações posteriores, como a remoção de material em regiões específicas.

É uma lógica comparável à de usar um molde para definir onde trabalhar, mas em dimensões microscópicas. Uma exposição não entrega um processador pronto: ela participa da construção de uma camada.

A fabricação combina repetidamente litografia, deposição de materiais, remoção de material e outras operações. As diferentes camadas precisam ser alinhadas com precisão. Segundo a ASML, a EUV é usada nas partes mais críticas dos chips avançados; processos de ultravioleta profundo, ou DUV, continuam responsáveis por camadas com detalhes maiores.

O que muda na geração High-NA?

Uma das evoluções da tecnologia é a High-NA. A sigla se refere à abertura numérica do sistema óptico, parâmetro que ajuda a determinar sua capacidade de resolver detalhes. Na linha EXE, a abertura aumenta de 0,33 para 0,55.

A ASML informa resolução de 8 nanômetros para o sistema TWINSCAN EXE:5000. Isso não deve ser confundido com os nomes comerciais dos processos de fabricação, como “2 nanômetros”: a resolução de uma máquina e a denominação de uma geração de chips não são a mesma medida.

O desafio, portanto, não termina em produzir uma luz de comprimento de onda curto. É preciso combinar fonte, óptica, materiais e posicionamento para repetir os padrões necessários à fabricação. Essa integração explica por que a máquina ocupa um lugar tão importante na cadeia dos semicondutores.

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Perguntas frequentes

A ASML fabrica os chips?

A empresa fornece equipamentos utilizados pelas fabricantes de semicondutores. A máquina de litografia executa uma etapa da produção.

Por que a EUV usa vácuo?

Porque até o ar absorve essa radiação, dificultando seu trajeto pelo sistema óptico.

Todo chip precisa de EUV?

Não. A tecnologia é usada em determinadas camadas de semicondutores avançados; a indústria também utiliza outros processos de litografia.